(57)【要約】【課題】  ＦＩＢ等の荷電粒子ビーム装置とプローブ顕微鏡が一体システムとなった複合装置において、プローブ先端部の摩耗や欠損に対して自前の荷電粒子ビーム装置を用いて容易に安定して加工が施せる手段を備えた装置を提供する。【解決手段】  本発明の複合装置は、荷電粒子ビーム装置とプローブ装置とを組合わせた複合装置において、プローブ装置の先端にチップ１を備えたカンチレバー２とプローブ駆動装置３とが直線および回転運動自在の機構上に配置されているようにした。【選択図】    図１
2005300442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム装置とプローブ装置とを組合わせた複合装置において、プローブ装置のプローブ駆動装置と先端にチップを備えたカンチレバーとは直線および回転運動自在の機構上に配置されていることを特徴とする複合装置。
【請求項２】
直線および回転運動自在の機構は、試料室側壁部に設けられた開口穴に対して気密に嵌合し外方向に延在する円筒部材の外面には螺条が切られており、前記円筒部材には第１ノブが外側から螺号し、前記第１ノブには回転自在であると共に軸方向には係合関係となったフランジ付き円筒部材が結合され、内側端部にはプローブ駆動装置が固定され外側端部には第２ノブが一体的に固定された回転シャフトが前記フランジ付き円筒部材の内面に回転自在であると共に軸方向には係合関係となって内挿されたものであって、第１ノブを回動するとプローブ駆動装置が軸方向に直線変位し、第２ノブを回動するとプローブ駆動装置が回転する請求項１に記載の複合装置。
【請求項３】
円筒部材の外側端面とフランジ付き円筒部材のフランジ部間はベローズで結合され、フランジ付き円筒部材の内面と回転シャフト外周面間はシール材によって試料室の気密性が保たれている請求項２に記載の複合装置。
【請求項４】
直線運動機構を操作してプローブのチップを荷電粒子ビーム照射位置へ移動させるステップと、回転運動機構を操作してチップ先端をビーム照射方向に向けるステップと、荷電粒子ビームによりチップ先端のエッチング加工を行うステップと、回転運動機構を操作してチップ先端を試料表面向きに戻すステップと、直線運動機構を操作してプローブを動作領域へ移動させるステップとを踏むものである複合装置のチップ保守加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集束イオンビーム（ＦＩＢ）等の荷電粒子ビーム装置とプローブ顕微鏡（ＳＰＭ）が一体システムとなった複合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年ナノオーダーの微細構造物の形成やエッチング加工に荷電粒子ビーム装置が広く使用されるようになっている。ＦＩＢ装置を用いたエッチングやＣＶＤが主流であるが、最近は電子ビーム（ＥＢ）を用いたガスアシストエッチングやＣＶＤも実施されるようになっている。また、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）のようなプローブ顕微鏡を用いた微細加工も実用化されつつある。それぞれの加工法には一長一短があり、ＦＩＢ加工はエッチングやＣＶＤが可能であるが、イオン照射によって試料内部へのイオン注入などダメージを与えてしまう欠点がある。ＥＢ加工はエッチングやＣＶＤが可能であるもののガス反応に依存するものであるから、材料選択性があり条件付けが難しい上、チャージアップの問題もある。ＡＦＭ加工はエッチングのみ可能でＣＶＤは不可能である。
【０００３】
プローブ顕微鏡は先の尖ったチップを試料面に対峙させて走査させ、原子間力を検出したり、形状を検出したり、物理的性質分布を検出したりするものとして開発された。試料鏡面の形状を検出する場合プローブのチップ先端部の径が太いと原子間力は測定できないし、図４に示すように凹凸面のある試料の形状測定ではデススペースを生じ精度のよい測定が出来ない。Ａに示すようにチップ先端が折れたものやＢに示すように先端部が摩耗してしまったものでは細かい形状測定は出来ない。また、大きなパターンであっても先端部が摩耗してしまったチップでは平面形状寸法に大きな誤差を生じてしまい、それに伴う補正をしなければならない。Ｃに図示したものが摩耗チップの誤差Δであり、Ｄが先鋭化されたチップの誤差Δ’である。従って、プローブのチップ先端部は少なくともサブミクロンオーダーまで先鋭化されていなければならない。
【０００４】
さて、特許文献１にはプローブ顕微鏡を用いてフォトマスクの欠陥部を物理的に除去する方法が開示されている。この手法によれば５００ｎｍ以下の残留欠陥を精度良く除去することが可能であると記載されている。図５（ａ）に示すように、走査ブローブ顕微鏡にマスクをセットし、マスク黒欠陥の直上にプローブがくるように顕微鏡ステージを移動させる。次に、図５（ｂ）に示すようにプローブの先端をマスク黒欠陥に接する位置まで接近させる。次に図５（ｃ）に示すように、マスク黒欠陥の領域のみでプローブをＸ，Ｙ方向に走査させながら、プローブを押し下げて欠陥に荷重を加えスクラッチすることにより欠陥を削り取る。次に、図５（ｄ）に示すようにプローブの先端が石英基板に達したところで、プローブの押し込み及びＸ，Ｙ方向への走査を停止する。次に、図５（ｅ）に示すようにプローブをマスクパターンから大きく距離を取り、最後に図５（ｆ）に示すようにクリーンエアーガンによって清浄エアーを吹き付け、削りカスを完全にマスクから除去することで、フォトマスクの欠陥修正方法を完了するものである。しかし、もともとプローブ顕微鏡のプローブは形状検出や原子間力測定用のもので欠陥部を擦って物理的に削り落とす道具として作られていない。そのため、この様な使い方をした場合、プローブ先端部の摩耗や欠損が激しく、これを保守加工しなければならない。図４のＡ，Ｂに示したように摩耗や欠損が激しい場合、目的の黒欠陥が細かいと加工が出来ないばかりかこれで擦れば正規のパターンに傷を付けてしまう。本来先鋭形状であることが求められるプローブのチップの形成にはＦＩＢ装置によるＣＶＤが使われ、先端部の仕上げ加工にはＦＩＢ装置によるエッチングが使われることが知られているが、この保守加工にもＦＩＢ加工が有効である。
【０００５】
また、上記フォトマスクの欠陥修正に限らず、ＳＰＭによる像観察においても、同一プローブを繰り返し使用するとプローブ先端部の磨耗や欠損が発生する。このような場合もプローブの保守加工にＦＩＢ加工が有効である。
【０００６】
この作業の具体的実施手順を説明すると以下のようになる。
ステップ１：プローブ装置よりチップ部分を取り出し、集束イオンビームの試料台に上向き形態で取り付ける。または、新品のチップを集束イオンビームの試料台に上向きにして取り付ける。
ステップ２：試料室を真空排気する。
ステップ３：ＦＩＢによりチップ先端部分のエッチング加工を行う。
ステップ４：加工が終了したところで試料室を大気開放する。
ステップ５：ＦＩＢ装置の試料台よリチップを取り外し、プローブ装置の所定箇所に取り付ける。
【０００７】
このように加工過程においては、一旦プローブをＳＰＭ装置から取り外し、ＦＩＢ装置に移して加工を行い、加工終了後又ＳＰＭ装置に戻して取り付けなければならない。プローブは微細な構造物であるため、搬送自体もなかなか厄介な作業である。また、加工に際しては試料室を真空状態にして行わなければならず、特に、試料室を真空に排気するには相当の時間を要するため手間暇のかかる作業となる。
【０００８】
また、特許文献２にはＦＩＢ装置とマニュピレータで操作されるプローブとを同一試料室内に配置して、ＦＩＢで加工した試料片をプローブでハンドリングすることが開示されている。この発明の目的は、従来技術では困難であった設計寸法が０．１μｍ程度のＬＳＩ等の試料内部の特定箇所を摘出後し、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）用試料とし、その試料微小部に電圧を直接印加し、デバイス内の変化、例えば配線に用いている金属の結晶構造の変化や電圧印加時の絶縁膜の耐圧の測定や電圧による変化などを観察可能とする試料分析方法を提供することにあり、その目的を達成するため、当該発明による試料ホルダは、試料を取り付けた試料台を保持する手段を備え、試料台に取り付けられた試料が荷電粒子線装置の光軸上に位置するように荷電粒子線装置内に装着される試料ホルダにおいて、試料の所定箇所に電圧を印加するための先端が自由に移動できる一対の微細導線を有することを特徴としたものである。明細書の［００２４］には「微細導線の先端部にはタングステン等からなるチップを固定し、チップの先端は予めＦＩＢによりサブミクロン程度の径になるように加工しておく。」なる記載があり、また［００２６］には「（ｊ）試料ホルダに取り付けられた微細導線の先端に取り付けたチップの根元部分にマニュピレータを接触させ、Ｗデポジション膜により、微細導線にマニュピレータを接着する。（ｋ）チップの先端部分は、ＦＩＢにより、直径０．１μｍ程度に加工し、尖らせておく。」なる記載がある。このときの様子が図６のＡ，Ｂに示され、プローブＰにチップＴをデポ固定して保持し、チップ先端部にＦＩＢを照射してエッチング加工を施している。
【０００９】
この装置ではＦＩＢ装置を一体的に備えているので、同じ試料室内の作業で足り別の装置に搬送したり、真空状態と大気圧状態を繰り返し変更する手間はない。しかし、集束イオンビームでチップ先端を加工する際には、プローブＰの先端部にチップＴをＦＩＢ−ＣＶＤでまず固定しなければならず、マニピュレータを操作してチップ頂点が集束イオンビーム照射方向に向くように支持して加工することはなかなか難しい。チップの先鋭化加工は本来チップを軸方向に立てて試料台上にしっかりと固定し軸方向（一般には上方）からのビーム照射によってエッチング加工することが望ましいのであるが、この明細書の記載と図６のＢに画かれたものから推定するとチップＴの側面に沿ってビームを走査して先端の先鋭加工を行うものと解される。この加工手法は試料支持の安定性と加工効率の点で問題が残る。
【特許文献１】特開２００３−４３６６９号公報  「フォトマスクの欠陥修正方法及び走査プローブ顕微鏡」  平成１５年２月１３日公開  段落番号［００１６］［００１７］と図１記載
【特許文献２】特開２００３−３５６８２号公報  「試料ホルダ及び試料分析方法」  平成１５年２月７日公開  段落番号［００２４］［００２６］と  図１，図１０記載
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、ＦＩＢ等の荷電粒子ビーム装置とプローブ顕微鏡が一体システムとなった複合装置において、プローブ先端部の摩耗や欠損に対して自前の荷電粒子ビーム装置を用いて容易に安定して加工が施せる手段を備えた装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の複合装置は、荷電粒子ビーム装置とプローブ装置とを組合わせた複合装置において、先端にチップを備えたカンチレバーとプローブ駆動装置とが直線および回転運動自在の機構上に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
そして、その直線および回転運動自在の機構は、試料室側壁部に設けられた開口穴に対して気密に嵌合し外方向に延在する円筒部材の外面には螺条が切られており、前記円筒部材には第１ノブが外側から螺号し、前記第１ノブには回転自在であると共に軸方向には係合関係となったフランジ付き円筒部材が結合され、内側端部にはプローブ駆動装置が固定され外側端部には第２ノブが一体的に固定された回転シャフトが前記フランジ付き円筒部材の内面に回転自在であると共に軸方向には係合関係となって内挿されたものとした。
【００１３】
更に、円筒部材の外側端面とフランジ付き円筒部材のフランジ部間はベローズで結合され、フランジ付き円筒部材の内面と回転シャフト外周面間はシール材によって試料室の気密性が保たれるようにした。
【００１４】
本発明の複合装置のチップ保守加工方法は、直線運動機構を操作してプローブのチップを荷電粒子ビーム照射位置へ移動させるステップと、回転運動機構を操作してチップ先端をビーム照射方向に向けるステップと、荷電粒子ビームによりチップ先端のエッチング加工を行うステップと、回転運動機構を操作してチップ先端を試料表面向きに戻すステップと、直線運動機構を操作してプローブを動作領域へ移動させるステップとを踏むものとした。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の複合装置は、荷電粒子ビーム装置とプローブ装置とを組合わせた複合装置において、プローブ装置のプローブ駆動装置と先端にチップを備えたカンチレバーとは直線および回転運動自在の機構上に配置されたものであるから、被加工対象であるチップ部は別の装置に搬送する必要がないことは勿論、しっかりと固定保持され、直線運動機構により加工ビームの照射位置に容易に移動できると共に、回転機構によって、ビーム照射方向に容易に向け理想的な形態で加工を行うことが出来る。
【００１６】
直線および回転運動自在の機構は、試料室側壁部に設けられた開口穴に対して気密に嵌合し外方向に延在する円筒部材の外面には螺条が切られており、前記円筒部材には第１ノブが外側から螺号し、前記第１ノブには回転自在であると共に軸方向には係合関係となったフランジ付き円筒部材が結合され、内側端部にはプローブ駆動装置が固定され外側端部には第２ノブが一体的に固定された回転シャフトが前記フランジ付き円筒部材の内面に回転自在であると共に軸方向には係合関係となって内挿されたものである本発明の複合装置は、単に第１のノブを回動するだけで被加工対象であるチップをビーム加工位置まで容易に移動させることが出来、第２のノブを回動するだけでチップの向きをビーム照射方向に向けることが出来る。
【００１７】
更に、円筒部材の外側端面とフランジ付き円筒部材のフランジ部間はベローズで結合され、フランジ付き円筒部材の内面と回転シャフト外周面間はシール材によって試料室の気密性が保たれるようにした本発明の複合装置は、自在の直線移動と回転移動にも拘わらず、試料室の機密性を保持することが出来る。
【００１８】
本発明の複合装置のチップ保守加工方法は、直線運動機構を操作してプローブのチップを荷電粒子ビーム照射位置へ移動させるステップと、回転運動機構を操作してチップ先端をビーム照射方向に向けるステップと、荷電粒子ビームによりチップ先端のエッチング加工を行うステップと、回転運動機構を操作してチップ先端を試料表面向きに戻すステップと、直線運動機構を操作してプローブを動作領域へ移動させるステップとを踏むものであるから、プローブ顕微鏡の作業中においても必要に応じて作業を中断してチップの保守加工にはいることが出来、チップ先端がビーム照射方向を向いた望ましい形態で先鋭化加工を実施して、直ぐに本来のプローブ顕微鏡の作業に戻ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、半導体フォトマスク等微細構造物の形成や白欠陥黒欠陥修正に、それぞれに一長一短のあるＦＩＢ装置、ＥＢ装置、プローブ顕微鏡を組み合わせたシステムを作り、それぞれの欠点を補いつつ多様な加工を実行できる装置を提供するという最近の流れの中で案出されたものであり、上記した本発明が解決しようとする課題、すなわち、ＦＩＢ等の荷電粒子ビーム装置とプローブ顕微鏡が一体システムとなった複合装置において、プローブ先端部の摩耗や欠損に対して自前の荷電粒子ビーム装置を用いて容易に安定して加工が施せる手段を備えた装置を提供することを目的としたものである。この目的を達成するため、被加工対象であるプローブ顕微鏡のチップを容易に加工領域となる荷電粒子ビームの照射位置に搬送し、その先端部をビーム照射方向に向けてしっかりと保持出来る機構を備えることに想到したものである。まず、チップは三次元で移動走査できるプローブ駆動機構にカンチレバーを介して取り付けられているので、これを分解して取り外すことなく、加工領域に搬送できるようにするため、これらを一体的に移動する機構を備えるようにした。また、プローブ顕微鏡としての作業中にチップの補修加工が必要となったときに容易に荷電粒子ビームの照射位置まで二次元移送できる機構として機構を備えるようにした。更に、荷電粒子ビームによる加工をする照射位置でチップの先端が容易に荷電粒子ビームの照射方向に向かせられる機構を備えるようにした。そして、この二次元移動と回転運動を果たす単純な機構として直線移動機構と回転運動機構を組み合わせた機構に想到したものである。
【実施例１】
【００２０】
本発明の１実施例を図１乃至図２を参照しながら説明する。図１において、２は先端部にプローブのチップ１が取り付けられているカンチレバーであり、３は前記カンチレバー２の基部が取り付けられているプローブ駆動装置である。これらはプローブ顕微鏡装置としての構成部材であり、プローブ駆動装置３の３次元駆動によってチップ１は試料面上の指定領域を走査する。４はエッチングやＣＶＤ加工を実行するＦＩＢ又はＥＢの鏡筒である。荷電粒子ビームによる加工をする照射領域とプローブ顕微鏡が作動する領域は試料室５内に置かれ、図示していない真空装置によって真空状態にできる気密空間とされている。カンチレバー２の基部が取り付けられているプローブ駆動装置３はシャフト６の先端部に固定され、このシャフト６は直線および回転運動自在の機構に取り付けられ、プローブのチップ１はプローブ顕微鏡が作動する領域から荷電粒子ビームによる加工をする照射領域へ移送される。
【００２１】
そして、その直線および回転運動自在の機構は、図２に拡大して示すように試料室側壁部5aに設けられた開口穴に対して気密に嵌合し外方向に延在する円筒部材７と該円筒部材７に螺合する第１のノブ８と、該第１のノブ８と係合し前記シャフト６を内挿するフランジ付き円筒部材９と、前記シャフト６の外側端部に取り付けられた第２のノブ１０とから構成されている。前記円筒部材７の外周面には螺条7aが切られており、第１ノブ８の内周面には螺条8aが切られていて前記円筒部材７の螺条7aと螺合するようになっている。また前記第１ノブ８の外側端部には環状溝8bが形成され、この環状溝8bにはフランジ付き円筒部材９のフランジ外周縁部9aが嵌合され、第１ノブ８とフランジ付き円筒部材９は回転自在であると共に軸方向には係合関係となって結合されている。該フランジ付き円筒部材９の内面には、プローブ駆動装置３が固定された回転シャフト６が内挿されている。そして、該回転シャフト６の外周面にはリング状の凸部6aが形成されており、このリング状の凸部6aは前記フランジ付き円筒部材９の内周面に形成されたリング状の凹溝9bと嵌合されるようになっている。この様な結合関係によって、回転シャフト６とフランジ付き円筒部材９は回転自在であると共に軸方向には係合関係となっているものとした。
【００２２】
以上のような直線および回転運動自在の機構にプローブ駆動装置３は取り付けられたことにより、第１のノブ８を回動させると該第１のノブ８は試料室の壁5aに固定された円筒部材７の螺条7aと螺合するようになっているため、軸方向に進退駆動する。そしてこの第１のノブ８は回転に対しては自在であるが軸方向には係合関係となっているフランジ付き円筒部材９を軸方向に進退駆動させる。更にこのフランジ付き円筒部材９は軸方向に係合関係となっているシャフト６を軸方向に進退させることになる。従って、このシャフト６の端部に固定されているプローブ駆動装置３は第１ノブ８の回動によりプローブ顕微鏡が作動する領域から荷電粒子ビームによる加工をする照射領域間を移送される。また、第２のノブ１０を回動するとこれと一体構造となっているシャフト６が回動し、他端の固定されたプローブ駆動装置３がカンチレバー２とチップ１共々回動される。図１に矢印で示す移動によって、プローブのチップ１が点線表示した荷電粒子ビームによる加工をする照射位置まで移動すること、チップ１先端が荷電粒子ビーム照射方向（一般には上方）に向くことが示されている。この状態で図３に示すようにＦＩＢのような荷電粒子ビームを照射しながら原料ガスを吹き付けてピラー状物をＣＶＤ形成し、更にエッチングによって先鋭化加工を施す。
【００２３】
以上のように本実施例では試料室５の外にある第１ノブ８と第２ノブ１０の回動によって試料室内のプローブのチップ１を直線及び回転移動させることが出来るが、その際の試料室５の機密性は次のようにして保たれる。すなわち、円筒部材７は試料室の壁5aにＯリングの様なガスケット１１を介して固着されており、これによりこの部分での機密性は保たれる。なお、この部分は可動部ではないので、溶接など適宜の手段で一体的に固着しても良い。円筒部材７の外側端面とフランジ付き円筒部材のフランジ部間はベローズ１２で結合されていて、第１のノブ８の回動に伴う軸方向の移動はこのベローズ１２の伸縮で吸収でき機密性は保たれる。また、回転シャフト６の外周面のリング状凸部6aとフランジ付き円筒部材９の内周面に形成されたリング状の凹溝9bとの嵌合部ではリング状凸部6aを挟むように２つのＯリング１３，１４がシャフト６に嵌められており、第２ノブ１０の回動によってもフランジ付き円筒部材９の内面と回転シャフト６の外周面間はこのシール材によって試料室の気密性が保たれるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の装置の主要部構成図である。
【図２】本発明の直線及び回転運動機構の１実施例を示す図である。
【図３】本発明によってプローブのチップ先端を加工の状態を示す図である。
【図４】プローブのチップ先端の先鋭化加工の必要性を説明する図である。
【図５】プローブ顕微鏡を用いて黒欠陥修正を行う先行技術を説明する図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  チップ                            ２  カンチレバー
３  プローブ駆動装置                  ４  荷電粒子ビーム鏡筒
５  試料室                            5a  試料室壁
６  シャフト                          6a  リング状凸条
７  円筒部材                          7a  螺条
８  第１ノブ                          8a  螺条
９  フランジ付き円筒部材              9b  リング状凹条溝
１０  第２ノブ                        １１  ガスケット（Ｏリング）
１２  ベローズ                        １３，１４  Ｏリング
【図１】
2005300442.tif 000003
【図２】
2005300442.tif 000004
【図３】
2005300442.tif 000005
【図４】
2005300442.tif 000006
【図５】
2005300442.tif 000007